Zkoušení zemin a materiálů v podloží pozemní komunikace - zhutnitelnost a únosnost Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací
[email protected] zdroje: ČSN EN 13286-2, ČSN EN 13286-47, ČSN 72 1191, Bartoš, J. Stanovení zhutnitelnosti zemin, diplomová práce, VUT 2004 Soil Mechanics – Laboratory Manual,B.M. DAS (Chapters 6, 7) Soil Properties, Testing, Measurement, and Evaluation, C. Liu, J. Evett Matthew A. Dettman, P.E: http://www.wku.edu/~matthew.dettman/
Obsah části:
n n n n n n
Proctor standard Účinky hutnící energie Proctor modifikovaný Specifikace pro polní zhutnění CBR, IBI Namrzavost zemin
Zhutnění n Zvýšení únosnosti, objemové hmotnosti n Zhutnění – eliminace vzduchových pórů ze zeminy
mechanickým způsobem pomocí zhutňovacích prostředků n Stupeň zhutnění je stanoven hodnotou objemové hmotnosti suché zeminy
Účinek zhutnění na zeminu
vzduch voda
vzduch
zemina
zemina
Nezhutněná zemina
voda
Zhutněná zemina
Výhody zhutnění n Zhutnění ovlivňuje: n n n n n
zvyšuje pevnost, zvyšuje únosnost snižuje možnosti sedání příznivě ovlivňuje objemové změny pozitivně mění hydraulickou vodivost
Zhutňovací křivka n Závislost křivky - ρd vs. w n Vrcholem křivky je
maximální zhutnění zeminy (ρd max) na optimální vlhkost (wopt )
m ρ= V
ρ
d
100.ρ = 100 + w
Proctorova zkouška standardní n Proctor (1933) n Účel: nalézt optimální
vlhkost zeminy při maximálním zhutnění n ČSN EN 13286-2 n Zařízení: n Standard Proctor n n n
n
n
942 cm3 2 500 g pěch 305 mm výška dopadu pěchu 3 vrstvy zhutňované zeminy 25 úderů/vrstva
Zhutnitelnost Proctor – laboratorní zařízení
Postup 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
cca 15 kg zeminy frakce 0/16 mm, stanovit objem a hmotnost zhutňovací formy, smontovat zhutňovací zařízení, 3 vrstvy po 25 dobře rozmístěných úderech pěchu, oříznutí zbytku poslední vrstvy zhutněné nad rozměr formy Stanovení hmotnosti zhutněného vzorku i s formou s přesností 1 g odběr vzorku na stanovení vlhkosti zhutněné zeminy (20-30 gramů)
Zhutnění - postup 1
4 2
5 7
3 4
6
8
Výsledky n Vykreslení závislosti mezi
objemovou hmotností suché zeminy a vlhkosti n najít ρd (max) a wopt n Vykreslit křivku 0% mezerovitosti (neboli saturace S=100%)
Standard Proctor
Modifikovaný Proctor
Účinky zhutňovací energie n Vývoj hutnící techniky (střední a těžké vibrační válce)
→ změna standard na modifikovaný n Zvýšení hutnící schopnosti válců upravuje: - ρd (max) se zvyšuje
- wopt se snižuje
E E
PS
PM
m.g .h.n.i 2,5.9,81.0,305.3.25 = ⇒ ⇒ 0,5956 MJ / m 3 V 942 m.g .h.n.i 4,5.9,81.0,457.5.56 = ⇒ ⇒ 2,6652MJ / m 3 V 2119,5
Modifikovaná Proctorova zkouška n Modifikovaná energie – pro vyšší hutnící
intenzitu (hrubozrnný materiál, větší hloubky prohutnění) n ČSN EN 13286-2 n Modifikovaný Proctor: forma 942 cm3, častěji 2119,5 cm3 n pěch 2500 g, častěji 4500 g n výška dopadu 305 mm, častěji 457 mm n počet zhutňovaných vrstev 3, častěji 5 n počet úderů na vrstvu 56 n
Specifikace pro zhutnění na stavbě n Stanovuje se relativní zhutnění v % (míra zhutnění D) n Relativní zhutnění? n
Proctorova zkouška – standardní nebo modifikovaná
ρ D =ρ
d ,( stavba )
[%]
.100
ρd ~ (90 – 100%)
d , max( lab )
n Obsah vody v zemině musí být wopt ± 3% pro směsné
zeminy a wopt ± 5% pro jemnozrnné zeminy.
Specifikace zhutnění konstrukce pozemní komunikace
Stanovení míry zhutnění zhutněné vrstvy Nejběžnější metody jsou: n Radiační metody (Troxler) n Písková kuželová metoda n Membránový objemoměr
Vibrační metody zhutnitelnosti
n přiblížení hutnění na stavbě, n větší účinnost zhutnění oproti Proctorovy až 1,5 až 2x, n zvláště pro zrnité materiály (problémy se stejnozrnností), n v ČR neznámé, nedůvěra v možnosti vibrace, n po Evropě rozšířené, zvláště v Anglii
Vibrační pěch Účel: el stanovení zhutnitelnosti zrnitých materiálů n ČSN EN 13286-4 n Zařízení: Vibrační pěch forma Ø150 mm 2550-2650 úderů/min 300-400 N síla přitížení 1 min. na 1 vrstvu 3 vrstvy zhutňované zeminy
Vibrační pěch
Vibrační stůl
ZAŘÍZENÍ
ZÁVAŽÍ
ZKUŠEBNÍ VÁLEC
VIBRAČNÍ STŮL
popsané v ČSN EN 13286 - 5 ocelový vibrační stůl n frekvence (50±2) Hz n 3000 vibrací za minutu n možnost změny amplitudy
mezi 0,1 a 0,4 mm
zkušební válec n objem 12308,8 cm3 n výška 200 mm n průměr 280 mm n možnost připevnit zk. válec k vibračnímu stolu
zátěž n hmotnost (86,2±0,5) kg
Vibrační stůl
Stanovení poměru únosnosti zemin (CBR a IBI)
Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací
[email protected]
zdroje: ČSN EN 13286-47 Nestmelené směsi a směsi stmelené hydraulickými pojivy – Část 47: Zkušební metoda pro stanovení kalifornského poměru únosnosti, okamžitého indexu únosnosti a lineárního bobtnání
Kalifornský poměr únosnosti CBR n vyjádření odolnosti zhutněné zeminy (síla) proti pronikání
ocelového trnu Ø 50 mm rychlostí (1,27±0,20) mm/min. n srovnávací standardní materiál → CBRsat = 100 % n zemina zhutněná do formy Ø150 mm a výšky 120 mm optimální
vlhkostí wopt n specifická hutnící energie podle zhutnitelnosti (např. Proctor)
Zrání vzorku pro zkoušení CBR n 4 dny ve vlhkém prostředí při relativní vzdušné vlhkosti ≥ 98% vzduchotěsný obal, víka na čela vzorku, klimatizovaná komora
n 4 dny saturace ve vodě celý vzorek pod vodou přístup vody z obou stran vzorku (děrované desky) možnost měření lineární objemové změny
n kombinace 4 dny vlhko + 4 dny saturace
Postup stanovení CBR • po zrání vzorek 15 min. okapat • ocelový trn těsně nad zhutněnou vrstvu – spodní zhutněná strana • pod zkušební lis (rychlost (1,27±0,20) mm/min • přítlak na začátku zkoušky 40 N při CBR nad 6% • zaznamenává se zatlačení po 0,5 mm a odpovídající síla
Okamžitý index únosnosti IBI n příprava a zhutnění vzorku stejné jako u
CBR, n neprobíhá zrání – zkouška okamžitě po
zhutnění a bez přitěžovacích prstenců n Speciálně pro upravené (zlepšené)
zeminy
Lineární bobtnání - swell n 4 dny při saturaci vzorku CBR, n ε = Δl/l n hodnocení podle kategorií:
- 1. kategorie … do 3 mm - 2. kategorie … do 5 mm - 3. kategorie … do 7 mm - 4. kategorie … nad 7 mm
Stanovení míry namrzavosti zemin (Scheibleho zrnitostní kritérium) (součinitel namrzavosti β)
Dušan Stehlík Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební, ústav pozemních komunikací
[email protected]
zdroje: ČSN 72 1002 Klasifikace zemin pro dopravní stavby ČSN 72 1191 Zkoušení namrzavosti zemin
Stanovení namrzavosti zemin – nepřímá metoda Kritérium namrzavosti podle zrnitosti (ČSN 72 1002) - F6 CI JÍL
PRACH
JEMNÝ
100
PÍSEK STŘEDNÍ
HRUBÝ
DROBNÝ
ŠTĚRK STŘEDNÍ
HRUBÝ
Hranice namrzavých zemin
obsah zrn [v % hmotnosti]
90 80 70
Vysoce namrzavé
60
Namrzavé podle průběhu čáry zrnitosti pod 0,01
50 Nebezpečně namrzavé
40
Příliš hrubozrnné
30 Namrzavé
20 Mírně namrzavé
10 0 0,001
0,01
0,1
Nenamrzavé
1
velikost zrn [mm]
10
100
Stanovení namrzavosti zemin – přímá metoda 20 18
Grafické vyhodnocení vzorků - F6 CI
16
h [mm]
14
y = 0,7171x - 1,4054 R2 = 0,9572
12 10 8 6 4 2
odm Im [°C h] 0 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
β=
25,00
Δh Δ Im
Míra namrzavosti
Průměrná hodnota β
Nenamrzavé
< 0,25
Mírně namrzavé a namrzavé
0,25 až 0,50
Nebezpečně namrzavé
> 0,50
Zkušební přístroj přímé zkoušky namrzavosti zemin
Namrzavost neupravených zemin 2,06
2,19 2,19
2 1,9 1,8
1,76 1,72
1,7
1,65
1,5
1,5
1,4
1,37
1,3
1,31 1,23
1,2 1,1
1,11
1
1
0,9
0,9
0,8 0,66
0,6 0,5 0,38
0,3
0,42 0,38
0,36
0,7
0,69
0,64 0,56
0,55 0,51
0,56
0,48
0,41
0,4
0,39
0,34 0,35
0,43
0,35
0,36
0,29
0,2
0,19
0,1
0,14
0,1
0,16 0,1
0,06
0,06
druh zeminy podle ČSN 72 1002
G3G-F
G3G-F
F7MV
F7MV
F7MH
F7MH
F7MH
F7MH
F7MH
F7MH
F6CI
F6CI
F6CI
F5MI
F5MI
F5ML
F5ML
F5ML
F5ML
F5ML
F5ML
F5ML
F5ML
F4CS
F4CS
F3MS
0
F3MS
0
F3MS
0
0,48
0,41
0,65
0,6 0,53
0,51
0,4
0,67 0,63
0,81 0,81
S5SC
0,66
0,8
0,78 0,77
S5SC
0,7
0,84
0,83
0,8
F3MS
míra namrzavosti dle ČSN 72 1191
1,6
Příklad : 2. cvičení n upravte zjištěnou křivku únosnosti ze zkoušky
stanovení CBR, n stanovte hodnotu CBR, n ověřte možnost použití neupravené zeminy na základě hodnoty CBR
Děkuji za pozornost
Prosím vaše dotazy
